27.同步发电机的的电枢反应
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§10-2 对称负载时的电枢反应
电机内主磁场的形成过程
电机内部的两个磁动势：1）励磁磁动势F f；2）电枢磁动势F a。励磁磁势和电枢磁势的区别(空间)：
基波波形大小位置转速
励磁磁势正弦波由励磁电流
决定由转子位置决
定；磁极轴线
由原动机的转速
决定
电枢反应磁势正弦波由电枢电流
决定由电流瞬时值
决定
由电流的f和P决
定
f F B
I )I 在空间按正弦规律分布的量为空间矢量。
随时间按正弦规律分布的量为时间相量。空间矢量和时间相量相互独立又相互依存。
空间矢量主要有、和；时间相量一般只分析A 相
的，其它相按对称可以得到，表示为和空间矢量和时间相量坐标系统
1f F 0B a F 0
E
I 空间坐标时间坐标系统
三个角
研究电枢反应前须了解的几个量：
ψ外功率因数角：与的时间相位角，与负载有关；
ϕδI •
U •0E •
I •
U •
0E •
内功率因数角：与的时间相位角，与电机内部阻抗及负载有关；功率角：
与的时间相位角。四个轴
ψϕδ
=+直轴(纵轴，d 轴) ：转子磁极轴线；
交轴(横轴，q 轴) ：与直轴成900电角度位置(相邻两磁极的中心线)。相轴：每相绕组的轴线位置。
时轴：时间相量在其上的投影可得瞬时值。
三者关系：
电枢反应：负载时电枢磁动势基波对主极磁通基波的影响。电枢磁动势又称为电枢反应磁动势。
时空相矢图
1.空间矢量：沿空间按正弦分布的量。
1f F 0B
f F
a F 举例：励磁磁动势;磁通密度;电枢磁动势。
2.时间相量：随时间按正弦规律变化的量。
举例：空载电动势和电枢电流。0
E I
B
I )I
I
3.
f
F
f
F
空间矢量与时间相量旋转角速度的关系：
时间相量
（E0,I,U,Φ）
空间矢量
(F f1,B0,F a)
角速度ω
el
=2πfωmec=2πf mecωel=2πf el
两者关系ω
el
=Pωmec
ω
el
=ωel
目的：把时间相量和空间矢量重合在一个图上是为了找矢量方便，为画同步电机相、矢量图打下基础。
4.时空相矢图：由于空间矢量和时间相量旋转的角速度都是ω，把空间轴线+A 与时间轴线+t 重合在一起，空间矢量和时间相量就画在同一张图里，称为时间相量和空间矢量统一图，简称为“时空相矢图”。
B
I )I
f F t
+a
F
空间矢量与时间相量旋转速度相同，定、转子磁动势相对静止，实现
机、电能量转换。
同步电机的空载电动势，该相量的相位由转子的位置决定，如图A 相感应电动势为正的最大。
某相电流最大时，电枢磁动势刚好转到该相绕组的轴线上。
时空相矢图中各量有如下特点：
1）总是落后于以90度；4）与之间相对位置取决于ψ角
3）总是与重合；
2）与之间相位差随着负载的性质不同而改变；
f F t
+a
F 0
E 1f
F 0
E I a
F a F 1f F I
1.时的电枢反应（交轴电枢反应）
ψ=
A
+t+
E
I
a
F
交轴电枢反应的作用：
1）交轴电枢反应磁动势在前极端起去磁作用，在后极端起加磁作用。合成磁动势较扭斜了角，幅值也有所增加。
θ'
1f
F
F
δ
2）交轴电枢反应是实现机、电能量转换的必要条件。
d轴q轴
不同ψ角时的电枢反应
2.时的电枢反应（直轴电枢反应）
090ψ=
f F 直轴电枢反应的作用：
1）直轴电枢反应磁动势起去磁作用，使得气隙合成磁场减小。
2）直轴电枢反应磁场与励磁磁场正对，不产生切向力和电磁转矩，不能进
行机电能量转换。
d 轴
q 轴
3.时的电枢反应（直轴电枢反应）
090ψ=−直轴电枢反应的作用：
1）直轴电枢反应磁动势起加磁作用，使得气隙合成磁场增强。
2）合成磁动势没有扭斜现象，所以不产生电磁转距，不能进行机电能量
转换。
A +t
+0
E
90−
4.一般情况下的电枢反应
900<<ψ直轴电枢反应磁动势
交轴电枢反应磁动势
a ad aq
F F F =+sin ad a F F ψ＝cos aq a F F ψ＝
F δ=
把电流也分解成和两个分量：
I d I q I 1）
2）对励磁磁动势起去磁作用。
d q
I I I =+sin d I I ψ
=cos q I I ψ
=ad F aq F f F
一、双反应理论
思考：1) 凸极同步发电机的气隙特点是什么？
2) 这样的气隙对电机磁场有什么影响？
§10-4 凸极同步发电机的双反应理论
d 轴
发电机运行过程中相对于转子的位置时变（ψ角），面对不确定的气隙长度，磁场计算困难，如何解决？
a F m B F R Bs us u
δ
δ
Φ===